TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÙNG VƯƠNG
KHOA KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ
-----------------------
ĐÀO TRỌNG TẤN
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG TỰ
ĐỘNG ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ BUỒNG SẤY NÔNG SẢN
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện – điện tử
Phú Thọ, 2017
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÙNG VƯƠNG
KHOA KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ
-----------------------
ĐÀO TRỌNG TẤN
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG TỰ
ĐỘNG ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ BUỒNG SẤY NÔNG SẢN
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Ngành: Công nghệ kỹ thuật điện – điện tử
NGƯỜI HƯỚNG DẪN: 1.Th.S. Nguyễn Thị Thanh Hòa
NGƯỜI HƯỚNG DẪN
2.Th.S. Nguyễn Văn Quyết
Phú Thọ, 2017
LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến toàn thể Quý thầy cô Trường
Đại học Hùng Vương, Quý thầy cô khoa Kỹ thuật – Công nghệ đã dạy dỗ,
truyền đạt những kiến thức thiết thực và bổ ích cho em trong suốt bốn năm
học tập và rèn luyện tại trường. Đặc biệt là cô Nguyễn Thị Thanh Hòa, thầy
Nguyễn Văn Quyết và thầy Nguyễn Như Tùng đã tận tình giúp đỡ chỉ bảo để
em có thể hoàn thiện được khóa luận này.
Tuy nhiên do thời gian có hạn cùng với nhiều nguyên nhân khác, mặc dù
em đã nỗ lực hết mình xong khóa luận của em vẫn còn thiếu sót và hạn chế.
Em rất mong nhận được sự thông cảm và sự chỉ bảo của Thầy Cô để em có
thể khắc phục được hạn chế còn tồn tại trong khóa luận của mình.
Em xin chân thành cảm ơn !
Việt Trì, Tháng 5 năm 2017
Sinh Viên
Đào Trọng Tấn
MỤC LỤC
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt............................................................i
Danh mục các bảng và hình ảnh...................................................................ii
Đặt vấn đề........................................................................................................1
Chương 1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu................................................4
1.1. Tổng quan về các phương pháp sấy...........................................................4
1.2. Một số phương pháp và thiết bị sấy nhân tạo............................................4
1.2.1. Phơi và sấy bằng năng lượng mặt trời....................................................4
1.2.2. Sấy đối lưu..............................................................................................5
1.2.3. Sấy bức xạ...............................................................................................5
1.3. Tổng quan về các phương pháp điều khiển nhiệt độ sấy...........................6
1.4. Tổng quan về tình hình nghiên cứu...........................................................7
1.5. Định hướng nghiên cứu của khóa luận......................................................8
Chương 2. Đối tượng, phạm vi, nội dung và phương pháp nghiên cứu....9
2.1. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu..................................................................9
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu..............................................................................9
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu.................................................................................9
2.2. Nội dung nghiên cứu..................................................................................9
2.3. Phương pháp nghiên cứu............................................................................9
2.3.1. Tiến trình thực hiện nghiên cứu..............................................................9
2.3.2. Phương pháp thực hiện nội dung 1........................................................10
2.3.3. Phương pháp nội dung 2........................................................................12
2.3.4. Phương pháp thực hiện nội dung 3........................................................22
2.3.5. Phương pháp thực hiện nội dung 4........................................................25
2.3.6. Phương pháp thực hiện nội dung 5........................................................31
2.3.7. Phương pháp thực hiện nội dung 6........................................................41
2.3.8. Phương pháp thực hiện nội dung 7........................................................38
Chương 3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận..............................................46
3.1. Kết quả gia công, chế tạo hệ thống cơ khí thiết bị sấy.............................46
3.2. Kết quả thi công, chế tạo hệ thống điều khiển.........................................49
3.2.1. Kết quả thi công, chế tạo phần cứng.....................................................49
3.2.2. Kết quả thi công, chế tạo phần mềm.....................................................52
3.3. Kết quả chạy thử nghiệm và hoàn thiện thiết bị sấy................................53
Chương 4. Kết luận và kiến nghị.................................................................59
4.1. Kết luận....................................................................................................59
4.2. Đóng góp của đề tài.................................................................................59
4.3. Hạn chế, tồn tại........................................................................................60
4.4. Kiến nghị, đề xuất giải pháp....................................................................60
Danh mục tài liệu tham khảo.......................................................................61
Phụ lục...........................................................................................................62
Chương trình điều khiển viết cho PLC S7-1200........................................62
i
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
KP
Hệ số khuếch đại
KI
Hệ số tích phân
KD
Hệ số vi phân
Et
Độ sai lệch tĩnh
Et%
Độ sai lệch tĩnh tính theo phần trăm
AC
Alternating Current
CM
Communication Module
CPU
Central Processing Unit
DC
Direct Current
I/O
In/Out
LAD
Ladder
PID
Proportional Integral Derivative
PLC
Programmable Logic Controller
PTO
Pulse Train Output
PV
Process Value
PWM
Pulse Width Modulation
SB
Signal Board
SM
Signal Module
SV
Setpoint Value
i
ii
DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH ẢNH
Bảng 1. Ảnh hưởng của việc thay đổi các tham số PID..................................11
Bảng 2. Cấu hình CPU và số lượng ngõ vào ra của PLC S7-1200................13
Bảng 3. Thông số các module mở rộng...........................................................14
Bảng 4. Các chế độ hoạt động của bộ PID.....................................................17
Bảng 5. Chỉ số ErrorBits và trạng thái lỗi bộ PID.........................................18
Bảng 6. Sai số hệ thống khi chạy không tải tại Setpoint 500 C.......................54
Bảng 7. Bảng giá trị lấy mẫu sấy hành từ lần 1 đến lần 23............................56
Bảng 8. Bảng giá trị lấy mẫu sấy hành từ lần 24 đến lần 46..........................56
Bảng 9. Bảng giá trị lấy mẫu sấy lá thìa canh................................................57
Hình 1.1. Hệ thống các phương pháp sấy.........................................................4
Hình 1.2. Thiết bị sấy gián tiếp có bộ phận dẫn nhiệt cưỡng bức....................5
Hình 1.3. Sấy đối lưu bằng không khí nóng sử dụng buồng sấy.......................5
Hình 1.4. Sấy bức xạ sử dụng đèn hồng ngoại..................................................6
Hình 1.5. Hệ thống các phương pháp điều khiển nhiệt độ...............................7
Hình 1.6. Tổng quan về tình hình nghiên cứu..................................................8
Hình 2.1. Mô hình toán học hệ thống dùng bộ điều khiển PID.......................10
Hình 2.2. Thuật toán bộ điều khiển PID số.....................................................11
Hình 2.3. PLC S7-1200...................................................................................12
Hình 2.4. Sơ đồ kết nối CM, SB, SM với PLC S7-1200...................................14
Hình 2.5. Giao diện phầm mềm TIA Portal 13...............................................15
Hình 2.6. Khởi tạo hàm PID nằm trong chương trình ngắt............................16
Hình 2.7. Cấu trúc hàm PID Compact trong PLC S7-1200............................16
Hình 2.8. Khả năng mở rộng của S7-200 và S7-1200.....................................19
Hình 2.9. Cấu hình I/O của S7-200 và S7-1200..............................................19
Hình 2.10. Tín hiệu I/O và tín hiệu trên PLC của S7-200 và S7-1200............20
Hình 2.11. Cấu trúc lập trình trên S7-200 và S7-1200...................................20
Hình 2.12. Cấu trúc chương trình con trên S7-200 và S7-1200.....................21
ii
iii
Hình 2.13. Cấu trúc chương trình con FC với biến nhớ tạm thời của S71200.................................................................................................................22
Hình 2.14. Cấu trúc dữ liệu kiểu mới trên S7-1200........................................22
Hình 2.15. Buồng sấy gián tiếp có bộ phận dẫn nhiệt cưỡng bức..................23
Hình 2.16. Hệ thống năng lượng sử dụng pin mặt trời...................................24
Hình 2.17. Sơ đồ nguyên lý thiết bị sấy...........................................................26
Hình 2.18. Thiết kế hệ thống buồng sấy trên phần mềm SolidWorks..............27
Hình 2.19. Hình ảnh 3D khay sấy hệ thống....................................................28
Hình 2.20. Hệ thống thoát ẩm chủ động.........................................................29
Hình 2.21. Hệ thống khung buồng sấy............................................................30
Hình 2.22. Khung bộ thu nhiệt........................................................................30
Hình 2.23. Chân đế của buồng sấy.................................................................31
Hình 2.24. Sơ đồ khối hệ thống cấp nguồn và điều khiển sấy.........................32
Hình 2.25. Pin mặt trời công suất 300W.........................................................32
Hình 2.26. Ắc quy JS 12V-120Ah....................................................................33
Hình 2.27. Inverter Sanshun............................................................................33
Hình 2.28. PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC.........................................34
Hình 2.29. Bộ điều khiển nhiệt độ Shihlin(1), SSR Carlo Gavazzi(2), Board
SB1232 (3).......................................................................................................34
Hình 2.30. Cảm biến PT100 và bộ điều khiển nhiệt độ DOOTECH FX.........35
Hình 2.31. Cảm biến đo độ ẩm và hiển thị ProSens.......................................35
Hình 2.32. Các thiết bị bảo vệ và cơ cấu chấp hành trung gian.....................36
Hình 2.33. Mạch nguyên lý hệ thống điều khiển.............................................36
Hình 2.34.Thiết kế tủ điều khiển......................................................................37
Hình 2.35a.Thiết kế mặt ngoài tủ điện............................................................37
Hình 2.35b.Thiết kế mặt trong tủ điện.............................................................38
Hình 2.36. Máy cưa bàn cắt gỗ.......................................................................39
Hình 2.37. Máy cưa đĩa cắt gỗ và máy khoan.................................................40
Hình 2.38. Máy hàn thiếc................................................................................41
Hình 2.39. Một số dụng cụ được dùng lắp ghép tủ điện.................................41
iii
iv
Hình 2.40. Lưu đồ thuật toán điều khiển.........................................................43
Hình 2.41. Máy tính có cài đặt TIA Portal v13...............................................44
Hình 3.1. Bộ thu nhiệt từ năng lượng mặt trời................................................46
Hình 3.2. Thiết bị hút ẩm chủ động.................................................................46
Hình 3.3. Buồng sấy........................................................................................47
Hình 3.4. Hệ thống cấp bù nhiệt.....................................................................47
Hình 3.5. Hệ thống tuần hoàn khí sấy.............................................................48
Hình 3.6. Hệ thống chân đỡ và khung.............................................................48
Hình 3.7. Hệ thống cơ khí hoàn chỉnh.............................................................49
Hình 3.8. Tủ đựng PLC...................................................................................49
Hình 3.9. Hệ thống đèn báo, công tắc.............................................................50
Hình 3.10. Hệ thống bảo vệ, khối nguồn.........................................................50
Hình 3.11. Hệ thống mạch động lực................................................................51
Hình 3.12. Hệ thống chấp hành trung gian.....................................................51
Hình 3.13. Tủ điện hoàn chỉnh........................................................................52
Hình 3.14. Hệ thống hoàn chỉnh.....................................................................52
Hình 3.15. Kết quả phần mềm.........................................................................53
Hình 3.16. Sấy hành tại nhiệt độ 500 C...........................................................54
Hình 3.17a. Hành sau khi sấy.........................................................................56
Hình 3.17b. Kiểm tra tính đồng đều của sản phẩm sấy..................................56
Hình 3.18. Nguyên liệu sấy là lá thìa canh.....................................................57
iv
1
ĐẶT VẤN ĐỀ
1.Tính cấp thiết của đề tài:
Năng lượng luôn luôn là yếu tố cần thiết trong nhiều lĩnh vực của cuộc
sống, trong đó nhu cầu sử dụng năng lượng nhiệt rất lớn, đặc biệt là trong lĩnh
vực sản xuất. Trong lĩnh vực này, năng lượng nhiệt được dùng để sấy khô,
nung nóng chảy, nhiệt luyện…để tạo ra sản phẩm. Sấy chính là một trong
những ứng dụng phổ biến của năng lượng nhiệt. Thiết bị sấy, công nghệ sấy
len lỏi vào mọi lĩnh vực của quá trình sản xuất, trong nông nghiệp là sấy cà
phê, ngô, vải, nhãn... Trong thủy sản là các thiết bị sấy tôm, cá. Ngành công
nghiệp dệt may, sơn, các ngành sản xuất thức ăn chăn nuôi luôn luôn dùng
các thiết bị sấy nhân tạo để tạo ra thành phẩm. Gần đây, thiết bị sấy còn có
mặt trong lĩnh vực y học, điển hình chính là tủ sấy các dụng cụ y tế. Và để tạo
ra được các sản phẩm cuối cùng đạt các chỉ tiêu về chất lượng, thì trong suốt
quá trình sấy, độ chính xác của nhiệt độ sấy là yếu tố quan trọng nhất quyết
định đến chất lượng của thành phẩm. Do đó, phương pháp, công nghệ và thiết
bị điều khiển nhiệt độ đóng vai trò sống còn quyết định đến chất lượng của
các sản phẩm sấy.
Phương pháp sử dụng vi điều khiển trong các bộ điều khiển nhiệt độ có
ưu điểm là giá thành rẻ hơn so các bộ điều khiển sử dụng PLC, tuy nhiên
nhược điểm lớn nhất của vi điều khiển là chống nhiễu không tốt, hoạt động
không ổn định trong môi trường nhiều tín hiệu nhiễu, có nhiệt độ và độ ẩm
cao. PLC được sản xuất với mục đích sử dụng tốt trong các hệ thống công
nghiệp, có khả năng hoạt động ổn định tuyệt vời trong điều kiện có nhiều tín
hiệu nhiễu, trong môi trường có độ ẩm lớn, nhiệt độ cao. Đó chính là ưu điểm
lớn nhất của PLC mà vi điều khiển không thể có.
Gần đây, hãng Siemens đã cho ra đời dòng S7 – 1200 với giá thành hấp
dẫn hơn, công nghệ tiên tiến hơn và có nhiều tính năng vượt trội so với dòng
S7 – 200. Một trong những cải tiến lớn nhất của S7-1200 chính là việc cho
phép lập trình theo cấu trúc Multiple organization blocks[4] (nhiều khối
1
2
chương trình chính), trong khi ở S7-200 chỉ là One common data blocks for
all program blocks (chỉ cho phép lập trình với một chương trình chính duy
nhất). Việc S7-1200 cho phép lập trình với nhiều khối chương trình chính độc
lập sẽ giúp giảm thời gian trễ của quá trình điều khiển, giúp cho việc xử lý
mượt mà hơn và cho kết quả điều khiển chính xác hơn. Đi cùng PLC S7-1200
là các thiết bị mới như module SM( Signal module), CM( Communication
module). Nếu như ở dòng S7-200 chỉ có các thiết bị module mở rộng đi kèm,
thì với S7-1200, Siemens đã tạo ra sự tươi mới với thiết bị mở rộng đi kèm
không chỉ dừng lại ở module, đó là SB(Signal board) nhằm phục vụ khi yêu
cầu công nghệ đặt ra không yêu cầu thêm quá nhiều chức năng, các ngõ vào,
ngõ ra cần mở rộng, giúp tiết kiệm chi phí và hạn chế sự lãng phí không cần
thiết.
Chính vì những ưu điểm vượt trội của PLC S7 – 1200 như trên, em đã quyết
định lựa chọn đề tài:“ Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống tự động ổn
định nhiệt độ buồng sấy nông sản ” cho khóa luận tốt nghiệp.
2. Mục tiêu nghiên cứu:
Đề tài được triển khai, thực hiện với mục tiêu là nghiên cứu và chế tạo
thành công mô hình hệ thống tự động ổn định nhiệt độ buồng sấy nông sản.
Hệ thống hoạt động ổn định, bền bỉ, sản phẩm sấy có chất lượng đồng đều
nhau.
3. Ý nghĩa khoa học của đề đài:
- Điều khiển và ổn định nhiệt độ của thiết bị sấy ở một điểm đặt nhất
định, với sai số nhỏ, đảm bảo thực hiện chính xác quy trình sấy theo yêu cầu
kỹ thuật công nghệ đối với sấy nông sản hoặc thảo dược.
- Điều khiển thoát ẩm, giúp hơi ẩm được thoát ra một cách đều đặn,
không để tích ẩm và cũng không thoát ẩm quá nhanh sẽ làm tổn hao nhiệt lớn.
4.Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
Với những kết quả mà đề tài đạt được, đề tài đã thành công trong việc
nghiên cứu, khai thác đưa vào sử dụng những thiết bị mới, cụ thể là PLC S71200 và Board tín hiệu mở rộng đi kèm SB1232, với công nghệ tiên tiến và
2
3
đặc biệt là làm giảm giá thành chế tạo hệ thống so với việc sử dụng dòng PLC
S7-200.
3
4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về các phương pháp sấy
Có thể chia phương pháp sấy ra làm hai loại: Sấy tự nhiên và sấy nhân
tạo [2].
Sấy tự nhiên là quá trình phơi vật liệu ngoài trời, không sử dụng thiết bị
sấy, tận dụng nguồn nhiệt tự nhiên từ ánh sáng mặt trời để sấy sản phẩm.
Sấy nhân tạo là phương pháp sấy mà sản phẩm sấy được đặt trong các
thiết bị sấy trong suốt quá trình sấy. Trong sấy nhân tạo lại có thể chia ra
thành nhiều phương pháp sấy khác nhau, có thể hệ thống hóa các phương
pháp sấy như ở hình vẽ sau (hình 1.1).
Hình 1.1. Hệ thống các phương pháp sấy
1.2. Một số phương pháp và thiết bị sấy nhân tạo
1.2.1. Phơi và sấy bằng năng lượng mặt trời
Năng lượng mặt trời được thu nhận để làm nóng không khí, không khí
nóng sau đó được sử dụng để để sấy nguyên liệu. Có 3 loại thiết bị sấy thường
được sử dụng:
Thiết bị sấy trực tiếp có tuần hoàn khí tự nhiên
4
5
Thiết bị sấy có bộ phận thu năng lượng riêng biệt
Thiết bị sấy gián tiếp có bộ phận dẫn nhiệt cưỡng bức (thiết bị thu năng
lượng và buồng sấy riêng biệt)
Hình 1.2. Thiết bị sấy gián tiếp có bộ phận dẫn nhiệt cưỡng bức
1.2.2. Sấy đối lưu
Không khí nóng hoặc khói lò được dùng làm tác nhân sấy có nhiệt độ,
độ ẩm, tốc độ phù hợp chuyển động chảy trùm lên vật sấy làm cho ẩm trong
vật sấy bay hơi rồi đi theo tác nhân sấy. Không khí có thể chuyển động cùng
chiều, ngược chiều hoặc cắt ngang dòng chuyển động của sản phẩm. Thiết bị
dùng trong sấy đối lưu có thể là thùng sấy, buồng sấy, lò sấy hay hầm sấy.
Hình 1.3. Sấy đối lưu bằng không khí nóng sử dụng buồng sấy
1.2.3. Sấy bức xạ
5
6
Trong sấy bức xạ, nhiệt được truyền đến vật liệu sấy chủ yếu qua bức
xạ của nguồn nhiệt. Các thiết bị được sử dụng trong sấy bức xạ thường là các
bóng đèn có công suất lớn, điện trở...ẩm sẽ bay hơi vào dòng tác nhân sấy rồi
bay ra ngoài.
Hình 1.4. Sấy bức xạ sử dụng đèn hồng ngoại
1.3. Tổng quan về các phương pháp điều khiển nhiệt độ sấy
Ưu điểm lớn nhất của sấy nhân tạo so với sấy tự nhiên chính là sấy nhân tạo
có thể điều khiển và ổn định được nhiệt độ sấy. Hiện nay, để điều khiển nhiệt
độ sấy trong công nghiệp, thiết bị được sử dụng thường là các bộ điều khiển
nhiệt độ, các bộ điều khiển logic. Có 3 phương pháp chính thường được dùng
khi sử dụng các thiết bị điều khiển này, đó là các phương pháp: Điều khiển
On/Off, điều khiển bằng thuật toán PID, điều khiển mờ (Fuzzy) ,
trong
đó,
phương pháp điều khiển On/Off và điều khiển PID được sử dụng rộng rãi
hơn cả. Ưu điểm của điều khiển On/Off so với điều khiển PID là dễ thực hiện,
thiết bị phần cứng đơn giản, chi phí chế tạo hệ thống không cao nhưng lại có
6
7
nhược điểm là sai số nhiệt độ lớn, và nhiệt độ sấy thường không ổn định.
Chính vì vậy, trong các hệ thống sấy có yêu cầu tính ổn định của nhiệt độ cao,
sai số nhỏ, phương pháp thường được sử dụng chính là điều khiển bằng thuật
toán PID.
Hình 1.5. Hệ thống các phương pháp điều khiển nhiệt độ
1.4. Tổng quan về nghiên cứu ổn định nhiệt trong quá trình sấy
Tính đến thời điểm hiện tại, đã có rất nhiều đề tài nghiên cứu liên quan đến
việc điều khiển và ổn định nhiệt độ.Các bộ điều khiển nhiệt độ sử dụng trong
các đề tài nghiên cứu thường sử dụng vi điều khiển[3] hoặc PLC[1] làm bộ
điều khiển trung tâm. Với những đề tài nghiên cứu sử dụng PLC trong bộ điều
khiển trung tâm thì thường sử dụng dòng S7-200 hoặc S7-300 của hãng
Siemens, hầu như không sử dụng dòng S7-1200 mới ra đời của Siemens.
Một số đề tài nghiên cứu thuộc lĩnh vực này như:
[1]. Trần Công Danh (2013), Điều khiển nhiệt độ dùng PLC S7-200 và
EM231, Đại học Cần Thơ.
[2]. Lê Tiến Lộc, Lâm Thanh Hiển (2010), Nghiên cứu ba chế độ điều khiển
On/Off, PID, Fuzzy và ứng dụng trong điều khiển mô hình lò nhiệt, Đại học Lạc
Hồng.
[3]. Nguyễn Thị Hoài Sơn, Nguyễn Văn Hồng, Ứng dụng vi điều
khiểnATMEGA 8535 họ AVR trong tự động điều khiển khí sấy nông sản và
hiển thị kết quả trên máy tính.
Các công trình nghiên cứu [1], [2], [3] đều sử dụng phương pháp điều
7
8
khiển PID, với ngưỡng nhiệt độ đặt khoảng 500 C đều cho sai số lớn nhất
không dưới 10 C.
Có thể hệ thống hóa tình hình nghiên cứu của các công trình có liên quan đến
lĩnh vực điều khiển và ổn định nhiệt độ như ở hình 1.6 dưới đây:
Hình 1.6. Tổng quan về tình hình nghiên cứu
1.5. Định hướng nghiên cứu của khóa luận
Qua việc tổng kết các công trình nghiên cứu có nội dung liên quan đến
vấn đề điều khiển và ổn định nhiệt độ. Các công trình này chủ yếu sử dụng
điện trở đốt làm tác nhân sấy, hệ thống điều khiển nhiệt độ thường sử dụng
những dòng PLC đã có từ lâu của hãng Siemens, chưa xem xét đến việc ứng
dụng những thiết bị mới ra đời như S7-1200, bên cạnh đó, các công trình này
cũng chưa đề cập đến việc ứng dụng năng lượng mặt trời kết hợp song song
cùng với năng lượng cung cấp từ điện lưới phục vụ cho quá trình sấy. Chính
vì thế, khóa luận sẽ tập trung nghiên cứu vào việc khai thác và sử dụng thiết
bị mới của hãng Siemens, cụ thể là dòng PLC S7-1200 làm bộ điều khiển
trung tâm điều khiển toàn bộ quá trình sấy, khóa luận tiến hành thiết kế, thi
công hệ thống tự động ổn định nhiệt độ buồng sấy nông sản sử dụng đồng
thời nguồn năng lượng mặt trời kết hợp với nguồn năng lượng lấy từ điện lưới
cung cấp cho quá trình sấy.
8
9
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG
PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của khóa luận bao gồm:
Bộ điều khiển nhiệt độ buồng sấy
Hệ thống cơ khí của buồng sấy
Các phương pháp điều khiển nhiệt độ buồng sấy
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu cấu tạo, hoạt động của PLC S7-1200
Hệ thống cơ khí buồng sấy sử dụng năng lượng mặt trời sử dụng thiết
bị sấy gián tiếp có bộ phận dẫn nhiệt cưỡng bức
Nghiên cứu ổn định nhiệt độ buồng sấy bằng phương pháp điều khiển
PID
2.2. Nội dung nghiên cứu
+ Nội dung 1: Điều khiển nhiệt độ bằng phương pháp điều khiển PID
+ Nội dung 2: Bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-1200
+ Nội dung 3: Hệ thống buồng sấy sử dụng năng lượng mặt trời
+ Nội dung 4: Xây dựng hệ thống cơ khí buồng sấy
+ Nội dung 5: Xây dựng hệ thống cấp điện và điều khiển sấy
+ Nội dung 6: Thi công hệ thống sấy
+ Nội dung 7: Hoàn thiện,chạy thử, đánh giá kết quả hoạt động của hệ thống
2.3. Phương pháp nghiên cứu
2.3.1. Tiến trình thực hiện nghiên cứu
Tiến trình nghiên cứu được chia thành 5 bước
Bước 1: Tìm hiểu công nghệ lò sấy và các phương pháp điều khiển
nhiệt độ, các vấn đề thực tế liên quan đến điều khiển nhiệt độ buồng
sấy.
9
10
Bước 2: Thiết kế hệ thống ổn định nhiệt độ buồng sấy.
Bước 3: Xây dựng và thi công mô hình phần cứng hệ thống.
Bước 4: Thiết kế, thi công phần mềm của hệ thống.
Bước 5: Chạy thử, đánh giá sự ổn định của hệ thống
2.3.2. Phương pháp thực hiện nội dung 1: Điều khiển nhiệt độ bằng phương
pháp điều khiển PID
Phương pháp điều khiển nhiệt độ dựa trên việc sử dụng bộ điều khiển
PID được mô tả bằng mô hình toán học như sau:
Hình 2.1. Mô hình toán học hệ thống dùng bộ điều khiển PID
Giá trị sai lệch ek được trích ra từ việc so sánh giá trị đặt so với giá trị hiện tại
được đưa đến đầu vào của bộ điều khiển PID, thuật toán PID sau khi được
thực hiện sẽ cho ra một giá trị uk tại đầu ra và được đưa tới khâu lưu giữ bậc
0, và sau khi qua khâu truyền đạt W( hàm truyền) sẽ cho ra giá trị tại đầu ra
của hệ thống.
Đối với một hệ thống xác định thì hàm truyền của hệ thống là xác định, vì
thế thuật toán của bộ điều khiển PID sẽ quyết định đến mức độ chính xác và
sự ổn định nhiệt độ của hệ thống. Biểu thức giải thuật PID được miêu tả bằng
phương trình như sau:
Giải thuật tính toán bộ điều khiển PID bao gồm 3 thông số riêng biệt: giá
trị tỉ lệ, giá trị tích phân và giá trị vi phân đặc trưng cho 3 khâu: khâu tỉ lệ,
khâu tích phân và khâu đạo hàm. Giá trị tỉ lệ P phụ thuộc vào sai số hiện tại,
giá trị tích phân I phụ thuộc vào tích lũy các sai số quá khứ và giá trị vi phân
10
- Xem thêm -